Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.

Водородное топливо скоро может заменить бензин, мазут и уголь.  На это рассчитывают экологи и над этим иронизируют нефтяники. Тем временем производители выпускают на дороги прототипы исключительно водородных автомобилей: абсолютно экологичных и при этом не намного дороже своих бензиновых собратьев. 

Но водород – газ очень опасный, взрывается! И сегодня ученые всего мира ломают головы над тем, как хранить и перевозить водород в объемах, достаточных для питания, например автомобиля. Стационарное долгосрочное хранение водорода – немногим сложнее хранения любого газа: его хранят под давлением в сжатом виде, в сжиженном виде, в баллонах,  цистернах. Предполагается, то водород можно хранить даже  в подземных соляных пещерах. Чтобы водород не взорвался, баллоны для его хранения делают очень прочными, применяют материалы, через которые газ не может просочиться наружу. Емкости получаются либо тяжелые и громоздкие, либо дорогостоящие. Производители автомобилей сегодня пошли по пути упрочнения и повышения надежности традиционных систем хранения (газовых баллонов): оболочки водородных баков автомобилей, работающих на водороде, сделаны из нескольких слоев сверхпрочных полимеров и углеродных материалов.  

Другой безопасный путь – использовать принципиально иные технологии, например, хранение водорода в химических соединениях. Водород в них находится в связанном виде, не может улетучиться сам по себе, но при этом достаточно просто извлекается. Гидриды – твердые нелетучие вещества (т.е. порошки), которые образуются от соединения некоторых металлов с водородом, — подходят для этих целей лучше всего. Принцип использования гидридов в качестве среды хранения водорода прост: под давлением металл захватывает водород, водород словно растворяется в металле, образуя новое химическое вещество, а при нагреве гидрида газ отдается обратно. Баллон с порошком гидрида металла, значительно менее опасен, чем повреждённая емкость с сжиженным водородом или охлажденный сосуд, где водород хранится под высоким давлением. 

Самый "вместительный" металл, который можно превратить в гидрид, – это палладий (в одном объеме палладия можно уместить 900 объемов водорода). Несмотря на то, что Россия является мировым лидером по добыче и производству палладия,  использование этого металла для превращения в промышленный водородный аккумулятор даже не рассматривается: металл очень тяжелый и чрезвычайно дорогой. 

 

Палладий / © Фото : Jurii 

За  много лет исследований ученые выяснили, что наиболее перспективный металл, который может практически использоваться для хранения водорода в гидриде,  - это  магний. У него небольшая плотность (в 4.5 раза легче железа и 1.5 раза легче алюминия), относительно низкая стоимость, и в теории он может связывать до 7,66% водорода в расчете на единицу массы.  Однако достигнуть предельного значения непросто, эту задачу и решают ученые многих стран мира. 

Группа ученых-физиков из Сибирского федерального университета и  Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, разработали технологию синтезирования  нанодисперсного порошка магния (т.е. с линейными размерами частиц в пределах 100 нм) и достигли растворения в нем чуть менее 7 весовых процентов водорода. Как отмечает один из авторов проведенной работы, профессор, доктор физико-математических наук, сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и СФУ Григорий Чурилов, полученный результат — один из самых успешных в мире: сегодня экспериментальные показатели насыщения гидрида магния водородом составляют 5-6 весовых процента.  

Ученый добавляет, что сегодня в мире идет исследование возможности создания аккумуляторов водорода на основе гидрида магния, но растворить водород в металле по максимуму – мало. Необходимо сделать так, чтобы магниевый порошок мог бы использоваться в системе многократно. Кроме этого нужно снизить температуру отдачи водорода (гидрид магния отдает водород при температуре 360 градусов Цельсия), увеличить скорость протекания реакции насыщения магния водородом (это необходимо для того, чтобы полный бак безопасного водорода заправлялся 5 минут, а не полчаса). 

Полученный экспериментальный результат красноярских ученых приблизил нас к созданию действительно безопасного водородного двигателя.

Источники

Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 21/04/2017
Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
Profi-news.ru, 20/04/2017
Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
РИА Новости, 20/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
ПолитРоссия (politros.com), 21/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
123ru.net, 21/04/2017
В России получили порошки для создания безопасного водородного двигателя
123ru.net, 21/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
Око планеты (oko-planet.su), 22/04/2017
Для перспективных аккумуляторов водорода получили специальные порошки в Красноярске
Russian IT World (ritworld.com), 21/04/2017
Красноярские физики приблизили создание безопасного водородного двигателя
Байкал 24 # Наука (baikal24-nauka.ru), 04/05/2017
Ученые СФУ и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/05/2017
Ученые СФУ и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния
Nanonewsnet.ru, 04/05/2017

Похожие новости

  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    499
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    785
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    1286
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    1352
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    465
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    891
  • 14/05/2018

    Сибирские ученые опробовали новый метод исследования полупроводниковых наночастиц

    ​Сотрудники Сибирского федерального университета и Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН применили новый метод для изучения наночастиц из кадмия и теллура. Они воспользовались особенностью данного соединения, взаимодействие которого со светом меняется в зависимости от магнитного поля.
    840
  • 04/10/2018

    Фестиваль науки «Кстати» состоялся в Новосибирске

    Фестиваль науки «Кстати» прошёл в Новосибирске в третий раз. Темой этого года стал «Горизонт событий». 30 мероприятий фестиваля за пять дней посетили около 2500 человек. Главного события — открытия нового Информационного центра по атомной энергии в НГТУ — новосибирцы ждали особенно.
    893
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    1229
  • 19/09/2017

    Квантовые симуляторы: как ученые создают искусственные миры

    ​Представьте, что вы хотите рассмотреть быструю, но хрупкую бабочку. Пока она порхает, детально изучить ее довольно трудно, поэтому нужно взять ее в руки. Но как только она оказалась в ваших ладонях, крылышки смялись и потеряли цвет.
    1176